電力傳動中的扭振及振動抑制研究

劉娜

摘 要：傳動系統中發生的扭振現象會引起整個控制系統的不穩定，不僅會加劇系統內的各處結合裝置的磨損，還會影響系統的正常性能輸出，這將會導致傳動系統的機械性能不斷惡化，最終會直接影響到系統的使用壽命。如何有效避免或降低扭振，是行業目前存在的一大課題。

關鍵詞：扭振;扭矩測量;諧振頻率;多質量體系;振動抑制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.106

1 引言

隨著科學技術的進步和發展，電力傳動系統應用于各種設備中。很多人應該也都發現了，在很多電力傳動系統中，其扭矩都存在著一定的振動現象。扭振的存在，會使得電機轉速和轉矩產生脈動，從而影響到整個電氣系統的穩定性，對系統的動態性能起著抑制的作用，從而直接影響到產品的品質和使用時的舒適感。當扭振達到一定程度時，會破壞系統的平衡結構。本文首先從電氣傳動系統的模型展開，進一步從理論上來分析扭振發生的機理，以及探討抑制扭振的相關方法。

2 系統模型

扭振現象一般廣泛存在于多質量的系統中，因此，本文構建雙質量慣性量的結構作為本文要討論的系統模型。所謂的雙質量，即意味著兩個不同的質量體系，中間由剛性較低的部件進行連接，本文要探討的系統模型，連接兩處不同質量體系的是彈簧。彈簧的左邊是電機以及相關從屬零部件部分，右邊為負載相關的部分，這兩部分組成的梁慣性量的結構模型如下圖1所示，將這兩慣性量系統結構以方塊結構塊的形式表現出來，如圖2所示。

在實際的電力傳動系統中阻尼系數是非常小的，因此，系統阻尼系數和負載阻尼系數一般忽略不計，通過圖2的系統方塊結構塊模塊可以算出電機轉速到電機端電磁的轉矩的傳遞函數，從而可以算出該系統的扭矩的頻率，并可以進行相關的分析。

3 扭振機理

為了更好地說明扭振產生的機理，我們可以對該系統進行模擬法分析，即將該雙質量系統比作是電路圖，電感代表著系統中的彈性軸，電容代表著慣量，電阻代表著阻尼，電壓代表著角速度，電源代表著轉矩。根據該等效關系，可以得到的等效圖如圖3所示。

4 扭振抑制

由于扭振的存在，會直接導致系統中出現諧振，使得電力傳動系統無法正常工作，嚴重的甚至會造成設備的故障。同時，對于系統中的電機而言，諧振的出現，會使得電機的附加損耗和轉矩增加，最終，直接影響到電機的使用壽命，因此，對扭振進行有效地抑制，是降低損耗、提高電機使用壽命的有效方法之一，我們從以下兩種抑制方法展開探討：

4.1 采用陷波濾波器

陷波濾波器，可以在某一個頻率點對輸入信號進行迅速地衰減，從而使得輸出頻率中該頻率信號被過濾掉。它是一種比較特殊的帶阻濾波器，在理想的情況下，它的阻帶只有一個頻率點，因此，又稱為點阻濾波器。對于一個理想的點阻濾波器的響應頻率而言，它要消除的是信號頻率上的某個點，讓其值變為0，而在其他時段的頻率為1。依托模擬低通為設計原型，通過模擬頻率帶阻變換法，利用雙先行變換法將前面所設計的帶阻濾波器數字化。

4.2 在傳動系統的曲軸自由端加裝阻尼扭振減振器

通過研究發現，在減振器的慣性量比、定調比為定值時，在不同軸頻率比的情況下阻，減振器的阻尼比和扭轉振幅放大系數的關系如圖4所示。

在軸系的頻率0.7以內時，扭轉振幅放大系數和減振器阻尼比是正的關系，而在頻率為1時，此時的扭轉振幅放大系數曲線的減幅最大。說明在阻尼比選取較小值時（圖4中大約為0-0.2之間），該區域對于扭轉振幅放大系數的影響最大。因此，開發出合適的阻尼扭振減震器，考慮阻尼比參數與軸的扭轉振幅放大系數之間的關系，可以達到較為理想的扭振抑制效果。

5 結語

電氣傳動系統中出現的扭振給系統帶來的波動，以及對于品質的影響，會最終影響到設備的壽命。基于此，我們上文也提出了兩種扭振的抑制方法，也看到了方案的實施有效性。在實際使用過程中，要根據系統的使用用途、以及系統本身的特性來決定哪種方案更加合適。該兩種方案從經濟成本的角度來說也不盡相同，因此，要綜合考慮再做判斷。

參考文獻：

[1]劉增民.板帶軋機機電直流傳動系統扭振模型[J].山東工業技術，2015，08（57）：162.

[2]楊影，余衍譜，黃銳，韓冰.電力傳動中的扭振及振動抑制[J].上海大學學報（自然科學版），2017，4（23-2）：225-234.